Desarrollo de sistemas domóticos utilizando un enfoque dirigido por modelos

Abstract

[SPA] Esta Tesis Doctoral continúa la línea de investigación en el desarrollo de sistemas reactivos iniciada por el Grupo de Investigación DSIE de la Universidad Politécnica de Cartagena hace diez años, y parte de los resultados de otra Tesis anterior, en la que se desarrolló el metamodelo de componentes V3Studio para recoger conceptos de sistemas reactivos. En trabajos previos se ha utilizado este metamodelo de componentes en los dominios de la robótica, la visión artificial y las redes inalámbricas de sensores y actuadores para obtener modelos independientes de la plataforma de ejecución y facilitar la confluencia e integración de diferentes dominios. En este trabajo se completan las aportaciones anteriores proponiendo una metodología para el desarrollo de aplicaciones en el campo de la domótica, un dominio de los sistemas reactivos que integra numerosos servicios y sistemas relacionados con la gestión de viviendas y edificios. En el desarrollo de los sistemas domóticos se ven involucradas diversas materias como la automatización, tecnologías de la información, gestión de redes o la programación de microprocesadores. En la actualidad, el proceso de diseño en el campo de la domótica es similar al empleado en otros sistemas reactivos que interactúan con el entorno. En todos ellos es necesaria la intervención de un especialista del dominio que tiene una amplia experiencia en la plataforma sobre la que se realizará la implementación. Además, en la mayoría de los casos, el diseño se realiza prácticamente desde cero y se requiere un gran esfuerzo para la generación del código en el lenguaje de programación que se vaya a utilizar, conduciendo a soluciones a medida que rara vez son reutilizadas. Estos y otros muchos problemas plantean la necesidad de una mejora en el enfoque utilizado en el proceso de desarrollo. Para solucionar los problemas asociados al proceso tradicional de desarrollo de aplicaciones domóticas, en esta Tesis se ha desarrollado (1) un lenguaje específico del dominio domótico para recoger los requisitos de las aplicaciones con un alto nivel de abstracción; (2) un metamodelo para darle soporte y las restricciones necesarias para garantizar la coherencia de los modelos y (3) una metodología que utiliza de forma conjunta el paradigma de desarrollo dirigido por modelos y el lenguaje específico de dominio. Para ello, se ha realizado una propuesta para la generación de código en la plataforma KNX/EIB y se han definido las reglas de transformación necesarias para hacer evolucionar los modelos entre los diferentes niveles de abstracción con el objetivo de obtener el código ejecutable. Como demostración de la viabilidad del enfoque se incluye un caso de estudio en el que se recogen los requisitos mediante el lenguaje específico propuesto.

[ENG] This Thesis continues the research line in the development of reactive systems initiated by the DSIE research group of the Technical University of Cartagena ten years ago and starts from the results of a previous Thesis, in which a component metamodel, called V3Studio, was designed to collect the requirements of reactive systems. This metamodel is intended (1) to be a point of confluence for reactive systems and (2) to obtain platform independent models. It has been previously used in the domains of robotics, computer vision and wireless sensor and actuator networks. The present Thesis completes previous contributions proposing a new methodology and an associated environment to provide full support for the cycle of software development for home automation systems. The development of home automation systems involves areas such as information technology, automation, network management and microprocessors programming. At present, the design process in home automation is similar to the one employed in other reactive systems. In all of them a domain expert, with a wide background in the implementation platform, is required. Furthermore in most of cases the design is started from scratch and the effort to obtain the programming code is high, dealing to custom solutions which are rarely reused. These and many other problems raise the need for a new approach to improve the development process. To solve the problems associated with the traditional development process in home automation this Thesis proposes (1) a domain specific language for the home automation domain to collect application requisites with a high abstraction level; (2) a metamodel to support the language and restrictions to guarantee well formed models and (3) a methodology which combines the newly Model‐Driven Engineering paradigm together with the domain specific language. To achieve these goals a code generation approach for the KNX/EIB platform has been proposed and the required transformation rules have been defined. These rules are used to transform models from the highest abstraction level to the intermediate component model and, later, to platform models in order to produce executable code. Finally a case study example has been proposed to validate the language and the methodology.